西龍池下庫大壩施工期沉降分析

摘要：通過對山西西龍池下水庫大壩覆蓋層基礎處理、填筑施工強度、大壩干密度及變形模量檢測、大壩沉降觀測資料等進行分析，研究西龍池下水庫大壩在深厚覆蓋層條件下施工期沉降的影響因素和沉降規(guī)律。結果表明:①壩基覆蓋層的穩(wěn)定沉降量與壩體高度和覆蓋層厚度之比成一元二次方程遞增關系，由此可以研究和較準確地推測整個覆蓋層壩基的沉降變形情況。②不同分區(qū)內(nèi)壩體的施工期沉降與壩高成一元二次方程遞增關系。③理想的均一狀態(tài)下，壩體的施工期沉降與壩高的平方成正比，與密度成正比，與變形模量成反比。由于大壩的非均質(zhì)性，計算結果與實際值相差較大，但大壩的施工期沉降與壩高、密度、變形模量的關系可以在一定程度上反應出來，即施工中可以通過提高壩體密度和變形模量來減少壩體施工期沉降。

關鍵詞：施工方法;沉降沉降;面板堆石壩;西龍池抽水蓄能電站

1工程概況

山西西龍池抽水蓄能電站位于山西省忻州市五臺縣境內(nèi)，滹沱河與清水河交匯處上游約3km處的滹沱河左岸。西龍池抽水蓄能電站由上水庫、輸水系統(tǒng)、地下廠房系統(tǒng)、下水庫、地面開關站等建筑物組成，工程等級為Ⅰ等。工程建設總工期為6a，2009年8月工程竣工，2008年8月第1臺機組發(fā)電，發(fā)電工期為5a。

下水庫位于滹沱河左岸，為岸邊式水庫，按設計正常蓄水位838.0m計，高出河床176.0m，水庫死水位798.0m，總庫容494.2萬m3，調(diào)節(jié)庫容421.5萬m3，工作水深46.5m，擋水壩壩型為瀝青混凝土面板堆石壩，壩頂高程840.0m，壩頂長度538.0m，最大壩高97.0m。

下水庫壩基為覆蓋層，其覆蓋層分布廣、厚度大，壩體上、下游坡腳的連線整體坡向下游，坡度8°～10°，壩基左、右側分別為大龍池溝和瓦窯溝兩個沖溝，沖溝均為深厚碎石土覆蓋層。大龍池溝及瓦窯溝兩沖溝中部為巖基小山梁。

覆蓋層的地質(zhì)特性表現(xiàn)為各區(qū)覆蓋層的顆粒組成和物理性質(zhì)存在差異性，因在形成時代、沉積層序、組成物質(zhì)和結構特征上均存在差異，即使是處于同一區(qū)內(nèi)的洪積物，其物質(zhì)組成在粒徑、含量、膠結程度和厚度等方面也不相同。覆蓋層碎石的巖性以灰?guī)r為主，其次為白云巖，均處于弱風化狀態(tài);其飽和抗壓強度為60.1～110.2MPa，均屬堅硬巖類;吸水率一般在0.15%～0.50%之間;軟化系數(shù)為0.55～0.93。覆蓋層碎石的體形特征為棱角—次棱角狀。

2施工方法

2.1大壩填筑施工方法

下水庫堆石壩從上游至下游依次為2A墊層區(qū)、3A過渡層、主堆石區(qū)、次堆石區(qū)，底部覆蓋層及兩側岸坡基礎設排水過渡層，下游壩腳設排水棱體。

大壩于2004年7月1日開始填筑，大壩填筑由低到高隨壩基的開挖和驗收進行施工，先進行大龍池溝及瓦窯溝溝底基礎的排水過渡料及大壩下游坡腳的排水棱體填筑。次堆石區(qū)于同年8月28日開始從725.24m高程開始填筑，填筑施工采用全斷面上升法。主堆石區(qū)因壩基基礎處理和驗收的影響，垂直于壩軸線方向上分3個工作面進行填筑，第1個工作面于2005年1月27日從主堆的最低處基礎746.15m高程開始填筑;第2個工作面于2005年11月14日從778.53m高程開始填筑;第3個工作面于2005年12月18日從775.31m高程開始填筑。第2個工作面和第3個工作面在2006年2月12日與787.284m高程齊平，主堆石區(qū)在2006年4月29日與807.245m高程合并為1個工作面。主堆石區(qū)和次堆石區(qū)于2006年6月3日填至同一個高程814.236m。兩側壩基排水過渡區(qū)與主、次堆石區(qū)同時上升。壩前2A墊層區(qū)和3A過渡區(qū)與主堆石區(qū)第3個工作面同時上升。

大壩各區(qū)在填筑施工前，均進行了碾壓試驗，取得了相應的碾壓施工參數(shù)。墊層和過渡區(qū)因?qū)挾葍H3m，填筑施工采用自卸車后退法卸料，挖掘機平料和修面;其它各區(qū)均采用20～25t自卸車進占法卸料，大型推土機平料，自行式破碎錘超徑石處理，采用兩側壩肩布置的供水系統(tǒng)接φ100水管進行灑水，15～20t振動碾碾壓。

2.2壩基開挖及處理施工方法

壩基覆蓋層開挖根據(jù)設計開挖深度采用大型挖掘機自上而下逐層開挖。壩基處理主要對壩基分布的勘探豎井、平洞、探槽、主堆石區(qū)覆蓋層中分布的深度10m內(nèi)的土質(zhì)透鏡體和松散碎石土架空層等平面尺寸大小為2m×2m的基礎缺陷、次堆石區(qū)覆蓋層中分布的深度10m內(nèi)的土質(zhì)透鏡體和松散碎石土架空層等平面尺寸大小為10m×10m的基礎缺陷、土巖分界處的巖坡地質(zhì)陡坎等進行處理。

壩基開挖完成后，采用地質(zhì)雷達對整個覆蓋層進行探測，次堆石區(qū)每10m寬度布設1條地質(zhì)雷達探測測線，主堆石區(qū)每2m寬度布設1條，檢測前通過不同頻率、不同點距、不同采樣率、不同疊加次數(shù)的參數(shù)進行試驗探測，選定最佳檢測參數(shù)。經(jīng)過探測，壩基10m深度范圍內(nèi)主堆石區(qū)壩基無2m×2m的透鏡體和架空層，次堆石區(qū)壩基無10m×10m的透鏡體和架空層。共探測小于上述規(guī)格的透鏡體和架空層12個，經(jīng)開挖驗證，證明探測結果較為準確，挖除后采用碎石土分層夯實處理。

壩基分布的豎井為地質(zhì)勘探井，兼做大壩沉降監(jiān)測儀器的埋設點。開挖時為保證施工期安全，采用黃砂回填，開挖至設計高程后，人工將黃砂清除，采用碎石土逐層夯實。